L’avanzata nella manipolazione e visualizzazione di atomi singoli, realizzata da un team di ricercatori italiani tra l’Università di Trieste e l’Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche, apre scenari rivoluzionari per il futuro dell’informatica quantistica e della metrologia atomica.
La tecnica innovativa, descritta in due pubblicazioni di rilievo scientifico su *Quantum Science and Technology* e *Physical Review Letters*, supera i limiti delle metodologie convenzionali, raggiungendo velocità di acquisizione dati un migliaio di volte superiori.
La sfida principale nella fotografia di sorgenti luminose estremamente deboli, siano esse corpi celesti lontani o atomi isolati, risiede nella necessità di accumulare un segnale sufficientemente forte.
I metodi tradizionali si affidano a lunghe esposizioni, accumulando fotoni nel tempo per compensare la scarsità di luce.
Il nuovo approccio, invece, si ispira al funzionamento del flash di una macchina fotografica, un’illuminazione intensa ma brevissima che “congela” l’immagine.
Questo consente di ottenere informazioni dettagliate anche con un numero limitato di fotoni, evitando la sfocatura e il rumore intrinseci alle esposizioni prolungate.
La procedura sperimentale si basa su una complessa orchestra di tecniche di raffreddamento e intrappolamento atomico.
Gli atomi, portati a temperature vicinissime allo zero assoluto (-273 °C), vengono confinati in “pinzette ottiche”, micro-trappole create da fasci laser focalizzati.
In questa condizione estrema, gli atomi vengono esposti a un laser specifico, che induce un processo di assorbimento e riemissione di fotoni, fenomeno noto come fluorescenza.
La fluorescenza è cruciale per rendere l’atomo “visibile” ai sistemi di rilevamento.
L’aspetto più delicato e innovativo consiste nel controllo temporale dell’interazione laser-atomo.
L’energia assorbita durante l’assorbimento potrebbe destabilizzare la trappola, facendo “fuggire” l’atomo.
Per prevenire questa perdita, i ricercatori hanno implementato impulsi laser brevissimi, della durata di pochi microsecondi, riducendo al minimo l’esposizione e preservando la stabilità di confinare l’atomo.
Le implicazioni di questa tecnica sono profonde.
La capacità di osservare e manipolare singoli atomi con una precisione senza precedenti apre la strada a progressi significativi nella costruzione di computer quantistici, dispositivi in grado di eseguire calcoli impossibili per i computer classici.
Inoltre, questa tecnologia rappresenta un passo avanti cruciale per lo sviluppo di orologi atomici di altissima precisione, strumenti essenziali per la sincronizzazione globale delle comunicazioni e la navigazione satellitare.
La ricerca apre una finestra sulla fisica fondamentale, consentendo l’indagine su fenomeni quantistici con un grado di controllo e di dettaglio inimmaginabile fino ad ora.
